【中國科協(xié)之聲】國家科技傳播中心講壇：低空天路時(shí)代開(kāi)啟新變革！
來(lái)源：“中國科協(xié)之聲”公眾號??作者：廖小罕 ?日期：2024年3月17日
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2024年3月17日，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員、中國民航局民航低空地理信息與航路重點(diǎn)實(shí)驗室主任廖小罕做客“國家科技傳播中心講壇”，為大家帶來(lái)了一場(chǎng)關(guān)于“無(wú)人機低空天路時(shí)代”的視聽(tīng)盛宴，以下是轉載演講內容以饗讀者。
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當代高新技術(shù)發(fā)展迅速，其中很重要的一個(gè)進(jìn)展是在通信導航的基礎設施方面。過(guò)去我們認為通訊可能是昂貴而麻煩的，現在無(wú)線(xiàn)通信已經(jīng)到了每個(gè)人的手里，可以輕易和全世界進(jìn)行聯(lián)系。導航也深入到千家萬(wàn)戶(hù)，每一個(gè)人出行都有幾十個(gè)導航衛星為我們服務(wù)。
在這種科技浪潮大環(huán)境下，無(wú)人機迅速發(fā)展起來(lái)了。中國在其中占有一席之地。我想用三個(gè)數字讓大家看一下中國無(wú)人機的發(fā)展情況：
第一，全世界無(wú)人機的生產(chǎn)數量。中國走在前面，大疆這種多軸無(wú)人機，全球80%來(lái)自于中國。
第二，無(wú)人機活動(dòng)數量。現在無(wú)人機按飛行數量已經(jīng)和我們的運輸航空持平。我們通常把通航和民航說(shuō)成兩個(gè)類(lèi)別，除民航、軍航以外都歸為通航。如果把無(wú)人機從通航里面分離出來(lái)，無(wú)人機的飛行量將是通航的10倍以上。
第三，載人無(wú)人機數量。這個(gè)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)拗口，無(wú)人機怎么又載人了？無(wú)人機指的是沒(méi)有人駕駛它，實(shí)際上地面上還是有人員進(jìn)行操縱。載人無(wú)人機是說(shuō)無(wú)人機可以作為運輸載體運人，簡(jiǎn)稱(chēng)載人無(wú)人機。中國的載人無(wú)人機研發(fā)、生產(chǎn)、制造和運行也走在了世界前列，而且剛剛獲得了全球第一張適航證。
低空：未來(lái)將成稀缺資源
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今天我重點(diǎn)要說(shuō)的不是無(wú)人機在整個(gè)大氣層里面的活動(dòng)，而是討論一個(gè)專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)域：低空。
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低空是大氣層和地表之間相互接壤的這一部分。先說(shuō)1千米以下，這1千米無(wú)論對于航空飛行活動(dòng)、民航機、航空體育等都不是一個(gè)主要的空域，甚至對于很多飛行活動(dòng)來(lái)說(shuō)屬于荒山荒坡。我常用荒山荒坡來(lái)形容低空空域，主要是因為其開(kāi)發(fā)利用價(jià)值少，且風(fēng)險高。高于1千米的空域，通常地表地貌復雜，還有很多起伏的地形、建筑物、電網(wǎng)高塔、風(fēng)車(chē)等。這些人工建筑物不確定性很多，同時(shí)還有隨時(shí)可能出現的邊界層的湍流、氣流、切變風(fēng)等；在這個(gè)高度，飛機與地面的通訊可能因為地形的原因受到干擾，監視飛機的雷達在低空或者超低空的層面上是看不見(jiàn)的。
這就是低空環(huán)境，對于航空飛行來(lái)說(shuō)它是荒山荒坡。但由于無(wú)人機的出現，尤其是低空的輕小型無(wú)人機大量出現以后，低空空域資源變得稀缺。
針對迅速涌現的、規?；霈F的無(wú)人機在低空怎樣才能安全高效地飛行這一問(wèn)題，科技界、產(chǎn)業(yè)界都有很多解決方案。這里簡(jiǎn)單說(shuō)幾個(gè)。
一是為了安全、合規、監視好無(wú)人機，我們提出了低空監視網(wǎng)——在一個(gè)面上把相應的裝置都布上，能夠把低空的無(wú)人機飛行活動(dòng)隨時(shí)監測到。這主要是想有序地管控無(wú)人機的安全運行。
我們提出的第二個(gè)概念，叫低空智聯(lián)網(wǎng)。這主要是想到單一的無(wú)人機在信息化高度發(fā)達的年代可以通過(guò)相互之間的協(xié)同而釋放更多的力量。
另一個(gè)概念是低空遙感網(wǎng)。無(wú)人機很重要的使命是做低空的對地觀(guān)測、遙感，如果把眾多的無(wú)人機布置在一個(gè)區域里，就可以對這一區域進(jìn)行無(wú)縫覆蓋。
最后一個(gè)是低空航路網(wǎng)。這是本文要說(shuō)的主題。無(wú)人機如果規模大又要商業(yè)化運行，我們要以有一定秩序的交通方式來(lái)運行，路網(wǎng)和低空網(wǎng)格化就自然地提出來(lái)了。低空實(shí)際上是看不見(jiàn)的，我們如何能知道某個(gè)精準的空中位置？這就必須把低空進(jìn)行網(wǎng)格化，簡(jiǎn)單形容就是把低空像積木一樣分成方塊，每一塊都被標記，并且把數據裝在方塊里面。將來(lái)這無(wú)論是對于規劃路網(wǎng)還是做其他的用途都非常重要。
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懸浮在城市上方的立體路網(wǎng)
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無(wú)人機興旺是因為通訊導航基礎設施的發(fā)展，但并不是給大眾普適性的通訊導航基礎設施就可以滿(mǎn)足無(wú)人機的發(fā)展。針對無(wú)人機的應用，可能還要建更高分辨率、更高帶寬的通訊導航基礎設施。據此，低空通道一體化被提出來(lái)，這樣就解決了設施布局效率的問(wèn)題。
在此我想提一個(gè)問(wèn)題：規?；虡I(yè)無(wú)人機安全高效應用和發(fā)展路在何方？無(wú)人機不是僅僅拿來(lái)看的，它要作為工具為生產(chǎn)建設服務(wù)，其應用正在形成規模，包括電網(wǎng)巡檢等，目前都依賴(lài)數以萬(wàn)計的無(wú)人機在運行。這相對于未來(lái)可能還是很小的量，未來(lái)無(wú)人機會(huì )有大量商業(yè)化需求，規模會(huì )更龐大、數量更多。
這里我說(shuō)的“路”，一是指出路，二是指天路——這么多的移動(dòng)載體，有沒(méi)有足夠的路？對于這個(gè)問(wèn)題，我們可以在歷史縱深中去尋找啟示。汽車(chē)、火車(chē)、輪船、民航飛機我們都經(jīng)歷了，大家都非常熟悉，它們從發(fā)明以來(lái)都不是一帆風(fēng)順的。比如汽車(chē)、火車(chē)在世界上的應用，包括在中國的應用，都經(jīng)歷了曲折的歷程。當年汽車(chē)剛出來(lái)的時(shí)候英國還有個(gè)紅旗法案：汽車(chē)不允許走得比馬車(chē)快，還得舉著(zhù)一個(gè)紅旗在前面，汽車(chē)才能上路；鐵路也一樣，當年火車(chē)進(jìn)入華北平原以后我們修了一段鐵路，慈禧太后后來(lái)又把它拆了。
但是從今天來(lái)看，這些在當時(shí)可能會(huì )是洪水猛獸的東西，借助相應的路網(wǎng)建設都得以了規?；膽煤桶l(fā)展，無(wú)論天上地下，這些東西最終都有序在運行，并且安全、高效，都在可控范圍內，路網(wǎng)最終是解決我們規?；?、商業(yè)化的一個(gè)重要的閉合。
2019年9月，美國官方，確切說(shuō)是美國航空署FAA，批準在紐約州規劃一條無(wú)人機廊道，可以試運行50英里。在這個(gè)范圍內，超視距的無(wú)人機可以飛行和做實(shí)驗?，F在對無(wú)人機的管理，視距范圍內和超視距是不太一樣的。對于超視距管理各國還是比較嚴的。2022年8月份英國在范堡羅航展上高調宣布，要規劃世界最長(cháng)的無(wú)人機高速公路（Drone Super Highway），說(shuō)是largest Drone Super Highway in the world。這條路將從倫敦連接里丁，再連接牛津、考文垂幾個(gè)地方，這條路網(wǎng)廊道上面將會(huì )有交通的管理系統，有不同類(lèi)別的無(wú)人機按照一定的交通規范進(jìn)行流動(dòng)。
我們再看中國。2022年中國民航局頒布了民用無(wú)人航空發(fā)展路線(xiàn)圖征求意見(jiàn)稿，這個(gè)路線(xiàn)圖需要開(kāi)展的幾大任務(wù)里明確提出要發(fā)展低空公共航路基礎設施。這應該是中國官方經(jīng)過(guò)過(guò)去幾年組織科技界開(kāi)展相關(guān)工作后一個(gè)明確的態(tài)度，要對低空公共航路基礎設施的科研和規劃布局的研究工作以支持。將來(lái)低空路網(wǎng)的組成是從地上的起降點(diǎn)，加上地-天連接之路，以及天上的路網(wǎng)這三塊，也就是說(shuō)低空天路發(fā)展起來(lái)以后我們的綜合交通路網(wǎng)就是立體的了。
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“路基”已經(jīng)開(kāi)始修筑
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將來(lái)天上的路網(wǎng)依然是看不見(jiàn)的，但我們可以通過(guò)一定的方法識別：我們通過(guò)AR技術(shù)（增強現實(shí)技術(shù)）賦能，可以讓原本看不見(jiàn)的路變得能夠看見(jiàn)。通過(guò)技術(shù)賦能，我們還可以看見(jiàn)天路上的各種標志，以及路上的交通流。未來(lái)，我們通過(guò)手機上相關(guān)的APP，也可以知道飛行器是否在路上合規地飛行。
可能大家會(huì )和我一樣有這種感覺(jué)：天路既陌生又熟悉。陌生是因為我們誰(shuí)也沒(méi)見(jiàn)過(guò)天路；但是又覺(jué)得熟悉，是因為人類(lèi)早就在地上建立了完善的公共路網(wǎng)，只不過(guò)這一次把地上的路抬到了我們頭頂上而已。典型的場(chǎng)景是，在城市上空80米、100米、150米都會(huì )有一條路，大家各自繁忙運行。
將來(lái)AR技術(shù)、人工智能可能要在其中扮演重要的角色。要管理這么多的無(wú)人機，人們提出了Smart Air Mobility，也就是借助AI技術(shù)，加上自動(dòng)駕駛技術(shù)、人機交互技術(shù)。以后控制小的無(wú)人機不需要復雜的指令，用普通的語(yǔ)音指令或手勢就足以完成任務(wù)。
可以暢想一下，將來(lái)會(huì )有全國的天路網(wǎng)骨干航路，也會(huì )有主干航路，還有末端航路，最后是社區的路網(wǎng)。它們會(huì )有什么不同點(diǎn)和相同點(diǎn)？
先來(lái)看一下天上的路和地上的路的區別。從組成上，天上的路是電子的、數字化的，我們地上的路有水泥有沙子；天上的路正常情況下是看不見(jiàn)的，地上的路是可以看見(jiàn)的；時(shí)空維度也不一樣，天上的路是四維的，也就是說(shuō)可以隨時(shí)間變化，白天晚上可以不一樣：骨干道可以從東邊移到西邊，改變電子化道路相對來(lái)說(shuō)成本低，不同于地上的路修好了二三十年不能動(dòng)；天上的路依靠的是空域資源，地上的路依靠的是土地資源，不過(guò)兩者都是有限的；天上的路更加依賴(lài)我們的基礎設施，尤其是通信導航基礎設施，沒(méi)有通信導航基礎設施天上就不可能有路，相對來(lái)說(shuō)地上的路比較簡(jiǎn)單。
兩者的共同點(diǎn)是：第一，都是為交通載具的移動(dòng)提供合理合規的空間；第二，公共屬性，支撐多用戶(hù)路權；第三，都有交通規則和交通管理的措施；第四，天路和地上的路一樣，可以通過(guò)吸引投資建設，并通過(guò)一定的收費機制收回投資，地方政府將來(lái)可以在這方面制定相應的政策。
國內外在天路的規劃構建上面都已經(jīng)做了一些工作，歐洲、美國、新加坡、日本都有很多研究。在國內，中國科學(xué)院牽頭，會(huì )同相關(guān)單位，也已經(jīng)做了一些工作，特別是在關(guān)鍵技術(shù)的突破以及標準的制定上面，比如在IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會(huì )）層面上，我們制定了一個(gè)面向無(wú)人機運行的低空空域框架的標準。
由中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所牽頭，會(huì )同民航科學(xué)技術(shù)研究院、民航管理干部學(xué)院、民航大學(xué)等建立了一個(gè)民航的低空地理信息航路重點(diǎn)實(shí)驗室，開(kāi)展相關(guān)的天路工程研究，取得了一些成果，包括我們的路網(wǎng)規劃系統。我把這項工作叫做筑路機，其過(guò)程如同是把低空的遙感影像當作桑葉吃進(jìn)去，把路網(wǎng)作為蠶絲吐出來(lái)，我們因此取了個(gè)名字叫春蠶系統，在這個(gè)方向做了開(kāi)拓。
國內外標準規劃方面還有一項很重要的工作，就是低空的地理信息收集。我們要把天上的路修好，就必須把地上的數據搞準確。全國高精準的地理信息數據，尤其是基于遙感影像獲取的地表信息就顯得非常重要。
低空天路時(shí)代即將來(lái)臨
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科技的力量以外，政策資源同樣重要。在推動(dòng)天路規劃、天路構建的工作中，2021年2月國家頒布了綜合立體交通網(wǎng)規劃綱要。這是在國家層面上正式把低空這一塊明確寫(xiě)到了交通網(wǎng)里，開(kāi)展低空天路網(wǎng)構建有了政策的依據。
另外，中國民航局2020年以來(lái)先后兩次總共批準了20個(gè)城市開(kāi)展民用無(wú)人駕駛航空試驗區建設，也是了不起的舉措。
天路不是拿來(lái)看的，也不僅是拿來(lái)攀登科研高峰的，發(fā)展它，更重要的是為我們的經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)。當前很多地方都提出要發(fā)展低空經(jīng)濟，政府也在抓，產(chǎn)業(yè)界也在跟進(jìn)、都在做，但總的來(lái)說(shuō)，低空經(jīng)濟還沒(méi)有真正產(chǎn)生大的效益。從我的分析看，天路網(wǎng)尚未構建好是現在低空經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，因為低空路網(wǎng)是整個(gè)低空經(jīng)濟發(fā)展的血脈。如果說(shuō)地上的交通路網(wǎng)是國民經(jīng)濟的動(dòng)脈，則對于低空經(jīng)濟，天路網(wǎng)就是相應的動(dòng)脈。這幾年我去各地做學(xué)術(shù)交流的時(shí)候，也越來(lái)越明確提出，要致富先修路，先修天路。一旦修路就會(huì )涉及到投資、涉及到就業(yè)、涉及到物流、涉及到消費，整個(gè)經(jīng)濟就循環(huán)帶動(dòng)起來(lái)了。
根據數據顯示，通常能夠認可的是1億人民幣的公路投資能帶動(dòng)1.9個(gè)億的GDP增長(cháng)，涉及到相關(guān)就業(yè)崗位3900個(gè)。用同樣的方法來(lái)分析天路，我們團隊做的初步結果是：一個(gè)億的天路投資可以帶動(dòng)2.4億的GDP增長(cháng)，創(chuàng )造就業(yè)崗位5780個(gè)。就業(yè)崗位包括天路勘察、規劃、修建、管控、路網(wǎng)的養護，以及涉及到起降、充電、中轉、飛行、導航、監視、氣象、培訓等服務(wù)，還有制造業(yè)等，都會(huì )因為天上血脈網(wǎng)的建設、經(jīng)濟大循環(huán)而拉動(dòng)起來(lái)。
2022年在深圳召開(kāi)的世界無(wú)人機大會(huì )上，通過(guò)了一個(gè)天路宣言，其核心內容就是將來(lái)大家要團結起來(lái)，產(chǎn)學(xué)研各界一起共同修天路。中國制造的低空載人無(wú)人機已經(jīng)在全球多個(gè)城市開(kāi)展了運行實(shí)驗，其中我們億航智能的載人無(wú)人機——億航智能216剛剛獲得了全球第一張適航證，這是非常了不起的，系統性的天路基礎設施還沒(méi)有建成，適航證卻已經(jīng)拿到，要開(kāi)始運營(yíng)了。因此，人類(lèi)正在創(chuàng )造新的歷史。
汽車(chē)帶來(lái)了公路時(shí)代，火車(chē)帶來(lái)了鐵路時(shí)代，民航飛機帶來(lái)了航空時(shí)代，無(wú)人機的規?；l(fā)展必將帶來(lái)低空天路時(shí)代。城市低空天路將為大眾的出行提供立體交通的選擇，也將是出行方式的重大變革；大眾的廣泛參與也將迎來(lái)低空經(jīng)濟大發(fā)展的時(shí)代。
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